V ktorejkoľvek bunke nášho tela prebiehajú milióny biochemických reakcií. Katalyzuje ich celý rad enzýmov, ktoré často vyžadujú energiu. Kam to vezme klietka? Na túto otázku je možné odpovedať, ak vezmeme do úvahy štruktúru molekuly ATP - jedného z hlavných zdrojov energie.

ATP je univerzálny zdroj energie

ATP znamená adenozíntrifosfát alebo adenozíntrifosfát. Látka je jedným z dvoch najdôležitejších zdrojov energie v ktorejkoľvek bunke. Štruktúra ATP a jej biologická úloha spolu úzko súvisia. Väčšina biochemických reakcií sa môže vyskytnúť iba za účasti molekúl látky, čo je obzvlášť pravdivé. Avšak ATP sa zriedka priamo zúčastňuje reakcie: na to, aby mohol akýkoľvek proces pokračovať, je potrebná energia obsiahnutá v adenozíntrifosfáte.

Štruktúra molekúl látky je taká, že väzby vytvorené medzi fosfátovými skupinami nesú obrovské množstvo energie. Preto sa také spojenia nazývajú aj makroergické alebo makroenergetické (makro \u003d veľa, veľké množstvo). Prvýkrát tento termín zaviedol vedec F. Lipman a na ich označenie navrhol použiť aj symbol ̴.

Je veľmi dôležité, aby si bunka udržiavala konštantnú hladinu adenozíntrifosfátu. To platí najmä pre bunky svalového tkaniva a nervových vlákien, pretože sú energeticky najviac závislé a na vykonávanie svojich funkcií potrebujú vysoký obsah adenozíntrifosfátu.

Štruktúra molekuly ATP

Adenozíntrifosfát sa skladá z troch prvkov: ribózy, adenínu a zvyškov

Ribose - sacharid, ktorý patrí do skupiny pentóz. To znamená, že ribóza obsahuje 5 atómov uhlíka, ktoré sú uzavreté v cykle. Ribóza sa kombinuje s adenínom s β-N-glykozidovou väzbou na 1. atóme uhlíka. K pentóze sú tiež pripojené zvyšky kyseliny fosforečnej na 5. atóme uhlíka.

Adenín je dusíkatá báza. Podľa toho, ktorá dusíkatá báza je naviazaná na ribózu, sa vylučujú aj GTP (guanozín trifosfát), TTP (tymidín trifosfát), CTP (cytidín trifosfát) a UTP (uridín trifosfát). Všetky tieto látky majú podobnú štruktúru ako adenozíntrifosfát a vykonávajú približne rovnaké funkcie, v bunke sú však oveľa menej bežné.

Zvyšky kyseliny fosforečnej... K ribóze môžu byť pridané najviac tri zvyšky kyseliny fosforečnej. Ak sú dve alebo iba jedna, potom sa látka nazýva ADP (difosfát) alebo AMP (monofosfát). Práve medzi zvyškami fosforu sa uzatvárajú makroenergetické väzby, po ktorých roztrhnutí sa uvoľní 40 až 60 kJ energie. Ak dôjde k prerušeniu dvoch väzieb, uvoľní sa 80, menej často - 120 kJ energie. Keď sa väzba medzi ribózou a zvyškom fosforu preruší, uvoľní sa iba 13,8 kJ, preto sú v molekule trifosfátu iba dve vysokoenergetické väzby (P ̴ P ̴ P) a v molekule ADP - jedna (P ̴ P).

Toto sú štrukturálne vlastnosti ATP. Vďaka tomu, že sa medzi zvyškami kyseliny fosforečnej vytvára makroenergetická väzba, sú štruktúra a funkcie ATP vzájomne prepojené.

Štruktúra ATP a biologická úloha molekuly. Ďalšie funkcie adenozíntrifosfátu

Okrem energie môže ATP vykonávať v bunke aj mnoho ďalších funkcií. Spolu s inými nukleotid trifosfátmi sa trifosfát podieľa na konštrukcii nukleových kyselín. V tomto prípade sú dodávateľmi dusíkatých zásad ATP, GTP, TTF, CTP a UTP. Táto vlastnosť sa používa v procesoch a prepisoch.

Na fungovanie iónových kanálov je tiež potrebný ATP. Napríklad Na-K kanál pumpuje 3 molekuly sodíka z bunky a pumpuje 2 molekuly draslíka do bunky. Tento iónový prúd je potrebný na udržanie kladného náboja na vonkajšom povrchu membrány a kanál môže fungovať iba pomocou adenozíntrifosfátu. To isté platí pre protónové a vápnikové kanály.

ATP je prekurzorom sekundárneho posla cAMP (cyklický adenozínmonofosfát) - cAMP prenáša nielen signál prijatý receptormi bunkovej membrány, ale je aj alosterickým efektorom. Allosterické efektory sú látky, ktoré urýchľujú alebo spomaľujú enzymatické reakcie. Cyklický adenozíntrifosfát teda inhibuje syntézu enzýmu, ktorý katalyzuje rozklad laktózy v bakteriálnych bunkách.

Samotná molekula adenozíntrifosfátu môže byť tiež alosterickým efektorom. Navyše v takýchto procesoch pôsobí ADP ako antagonista ATP: ak trifosfát urýchľuje reakciu, potom difosfát inhibuje a naopak. Toto sú funkcie a štruktúra ATP.

Ako sa ATP tvorí v bunke

Funkcie a štruktúra ATP sú také, že molekuly látky sú rýchlo použité a zničené. Preto je syntéza trifosfátu dôležitým procesom na generovanie energie v bunke.

Existujú tri najdôležitejšie spôsoby syntézy adenozíntrifosfátu:

1. Fosforylácia substrátu.

2. Oxidačná fosforylácia.

3. Fotofosforylácia.

Fosforylácia substrátu je založená na viacerých reakciách v bunkovej cytoplazme. Tieto reakcie sa nazývajú glykolýza - anaeróbne štádium.V dôsledku 1 cyklu glykolýzy z 1 molekuly glukózy sa syntetizujú dve molekuly, ktoré sa ďalej používajú na získanie energie, a syntetizujú sa tiež dve ATP.

• C6H12O6 + 2ADP + 2Fn -\u003e 2C 3H4O3 + 2ATP + 4H.

Dýchanie buniek

Oxidačná fosforylácia je tvorba adenozíntrifosfátu prenosom elektrónov pozdĺž elektrónového transportného reťazca membrány. Výsledkom tohto prenosu je vznik protónového gradientu na jednej zo strán membrány a pomocou proteínovej integrálnej sady ATP syntázy sa vytvárajú molekuly. Proces prebieha na mitochondriálnej membráne.

Postupnosť stupňov glykolýzy a oxidačnej fosforylácie v mitochondriách predstavuje bežný proces nazývaný dýchanie. Po dokončení cyklu sa z 1 molekuly glukózy v bunke vytvorí 36 molekúl ATP.

Fotofosforylácia

Proces fotofosforylácie je rovnaká oxidačná fosforylácia iba s jedným rozdielom: fotofosforylačné reakcie prebiehajú v chloroplastoch bunky pod vplyvom svetla. ATP sa tvorí počas ľahkej fázy fotosyntézy, hlavného procesu výroby energie v zelených rastlinách, riasach a niektorých baktériách.

V procese fotosyntézy prechádzajú elektróny rovnakým transportným reťazcom elektrónov, v dôsledku čoho sa vytvára protónový gradient. Koncentrácia protónov na jednej strane membrány je zdrojom syntézy ATP. Zhromažďovanie molekúl sa uskutočňuje pomocou enzýmu ATP syntázy.

Priemerná bunka obsahuje 0,04% adenozíntrifosfátu z celkovej hmotnosti. Najvyššia hodnota sa však pozoruje vo svalových bunkách: 0,2 - 0,5%.

V bunke je asi 1 miliarda molekúl ATP.

Každá molekula žije nie viac ako 1 minútu.

Jedna molekula adenozíntrifosfátu sa obnovuje 2 000 - 3 000 krát denne.

Celkovo ľudské telo syntetizuje 40 kg adenozíntrifosfátu denne a v každom okamihu je prísun ATP 250 g.

Záver

Štruktúra ATP a biologická úloha jeho molekúl spolu úzko súvisia. Látka hrá v životných procesoch kľúčovú úlohu, pretože vo vysokoenergetických väzbách medzi fosfátovými zvyškami je obsiahnuté obrovské množstvo energie. Adenozíntrifosfát má v bunke mnoho funkcií, a preto je dôležité udržiavať konštantnú koncentráciu látky. Rozpad a syntéza prebiehajú vysokou rýchlosťou, pretože energia väzieb sa neustále využíva v biochemických reakciách. Je to nenahraditeľná látka pre každú bunku v tele. To je možno všetko, čo sa dá povedať o štruktúre ATP.

V biológii je ATP zdrojom energie a základom života. ATP - adenozíntrifosfát - podieľa sa na metabolických procesoch a reguluje biochemické reakcie v tele.

Čo je to?

Chémia vám pomôže pochopiť, čo je ATP. Chemický vzorec molekuly ATP je C10H16N5O13P3. Celé meno si pamätáte ľahko, ak ho rozdelíte na jednotlivé časti. Adenozíntrifosfát alebo kyselina adenozíntrifosforečná je nukleotid pozostávajúci z troch častí:

• adenín - purínová dusíkatá zásada;
• ribóza - monosacharid súvisiaci s pentózami;
• tri zvyšky kyseliny fosforečnej.

Obrázok: 1. Štruktúra molekuly ATP.

Podrobnejšie vysvetlenie ATP je uvedené v tabuľke.

ATP prvýkrát objavili harvardskí biochemici Subbarao, Loman, Fiske v roku 1929. V roku 1941 nemecký biochemik Fritz Lipmann zistil, že ATP je zdrojom energie pre živý organizmus.

Výroba energie

Fosfátové skupiny sú navzájom spojené vysokoenergetickými väzbami, ktoré sa ľahko zničia. Počas hydrolýzy (interakcie s vodou) sa väzby fosfátovej skupiny rozkladajú, uvoľňujú veľké množstvo energie a ATP sa premieňa na ADP (kyselina adenozíndifosforečná).

Chemická reakcia zvyčajne vyzerá takto:

TOP-4 článkyktorí čítali spolu s týmto

ATP + H2O → ADP + H3PO4 + energia

Obrázok: 2. Hydrolýza ATP.

Časť uvoľnenej energie (asi 40 kJ / mol) sa podieľa na anabolizme (asimilácia, plastový metabolizmus), časť sa rozptýli vo forme tepla na udržanie telesnej teploty. Ďalšou hydrolýzou ADP sa odštiepi ďalšia fosfátová skupina uvoľnením energie a tvorbou AMP (adenozínmonofosfát). AMP nepodlieha hydrolýze.

ATP syntéza

ATP sa nachádza v cytoplazme, jadre, chloroplastoch a mitochondriách. Syntéza ATP v živočíšnej bunke sa vyskytuje v mitochondriách a v rastlinnej bunke - v mitochondriách a chloroplastoch.

ATP sa tvorí z ADP a fosfátu s výdajom energie. Tento proces sa nazýva fosforylácia:

ADP + Н3РО4 + energia → ATP + Н2О

Obrázok: 3. Vznik ATP z ADP.

V rastlinných bunkách dochádza k fosforylácii počas fotosyntézy a nazýva sa to fotofosforylácia. U zvierat proces prebieha počas dýchania a nazýva sa oxidačná fosforylácia.

V živočíšnych bunkách dochádza k syntéze ATP v procese katabolizmu (disimilácia, energetický metabolizmus) počas štiepenia bielkovín, tukov a sacharidov.

Funkcie

Z definície ATP je zrejmé, že táto molekula je schopná dodávať energiu. Okrem energetickej kyseliny adenozín trifosforečnej účinkuje ďalšie funkcie:

• je materiál na syntézu nukleových kyselín;
• je súčasťou enzýmov a reguluje chemické procesy, pričom urýchľuje alebo spomaľuje ich priebeh;
• je mediátor - prenáša signál do synapsií (kontaktných bodov dvoch bunkových membrán).

Čo sme sa naučili?

Na hodine biológie 10. ročníka sme sa dozvedeli o štruktúre a funkciách ATP - kyseliny adenozíntrifosforečnej. ATP pozostáva z adenínu, ribózy a troch zvyškov kyseliny fosforečnej. Počas hydrolýzy sa ničia fosfátové väzby, ktoré uvoľňujú energiu potrebnú pre život organizmov.

Test podľa témy

Posúdenie správy

Priemerné hodnotenie: 4.6. Celkový počet hodnotení: 621.

ATP a ďalšie bunkové zlúčeniny (vitamíny)

Obzvlášť dôležitú úlohu v bioenergetike bunky zohráva adenylový nukleotid, ku ktorému sú pripojené dva zvyšky kyseliny fosforečnej. Takáto látka sa nazýva kyselina adenozíntrifosforečná (ATP).

V chemických väzbách medzi zvyškami kyseliny fosforečnej v molekule ATP sa ukladá energia, ktorá sa uvoľňuje pri eliminácii organického fosfátu: ATP \u003d ADP + F + E, kde F je enzým, E je uvoľnená energia. Pri tejto reakcii vzniká kyselina adenozíndifosforečná (ADP) - zvyšok molekuly ATP a organický fosfát.

Všetky bunky využívajú energiu ATP na biosyntézu, pohyb, tvorbu tepla, nervové impulzy, luminiscenciu (napríklad v luminiscenčných baktériách), t.j. pre všetky dôležité procesy.

ATF je univerzálny akumulátor biologickej energie, ktorý syntetizované v mitochondriách (intracelulárne organely).

Mitochondrie teda zohrávajú v bunke úlohu „elektrárne“. Princíp tvorby ATP v chloroplastoch rastlinných buniek je vo všeobecnosti rovnaký - použitie protónového gradientu a premena energie elektrochemického gradientu na energiu chemických väzieb.

Svetelná energia Slnka a energia obsiahnutá v konzumovanej potrave sa ukladajú v molekulách ATP. Zásoba ATP v bunke je malá. Takže vo svale je rezerva ATP dostatočná na 20 - 30 kontrakcií. Pri intenzívnej, ale krátkodobej práci pracujú svaly výlučne kvôli rozpadu ATP v nich obsiahnutých. Po ukončení práce človek ťažko dýcha - v tomto období dochádza k odbúravaniu sacharidov a ďalších látok (akumuluje sa energia) a obnovuje sa prísun ATP v bunkách na protóny. Protóny prechádzajú týmto kanálom pod pôsobením hnacej sily elektrochemického gradientu. Energiu tohto procesu využíva enzým obsiahnutý v rovnakých proteínových komplexoch, ktorý je schopný pripojiť fosfátovú skupinu k adenozíndifosfátu (ADP), čo vedie k syntéze ATP.

Vitamíny: Vita je život.

Vitamíny - biologicky aktívne látky syntetizované v tele alebo dodávané s jedlom, ktoré sú v malom množstve potrebné pre normálny metabolizmus a životne dôležitú činnosť tela.

V roku 1911. Poľský chemik K. Funk izoloval z ryžových otrúb látku, ktorá liečila paralýzu holubov, ktoré jedli iba leštenú ryžu. Chemická analýza tejto látky ukázala, že obsahuje dusík.

Funk nazval látku, ktorú objavil, vitamínom (zo slov „vita“ - život a „amín“ - obsahujúcich dusík.

Biologická úloha vitamínov spočíva v ich pravidelnom pôsobení na metabolizmus. Vitamíny majú katalytický vlastnosti, to znamená schopnosť stimulovať chemické reakcie v tele, a tiež sa aktívne podieľať na tvorbe a funkcii enzýmov. Vitamíny ovplyvňujú asimiláciu telo výživných látok, prispieva k normálnemu rastu buniek a k rozvoju celého organizmu. Ako neoddeliteľná súčasť enzýmov určujú vitamíny ich normálnu funkciu a činnosť. Takže nedostatok akéhokoľvek vitamínu v tele vedie k narušeniu metabolických procesov.

Skupiny vitamínov:

DENNÉ VITAMÍNY

C - kyselina askorbová: 70 - 100 mg.

B - tiamín: 1,5 - 2,6 mg.

B - riboflavín: 1,8 - 3 mg.

A - retinol: 1,5 mg.

D - kalciferol: pre deti a dospelých 100 IU,

do 3 rokov 400 IU.

E - tokoferol: 15 - 20 mg.

ATP je skratka pre kyselinu adenozín trifosforečnú. A tiež môžete nájsť názov Adenosintrifosfát. Je to nukleoid, ktorý hrá obrovskú úlohu pri výmene energie v tele. Kyselina trifosforečná adenozín je univerzálnym zdrojom energie podieľajúcim sa na všetkých biochemických procesoch tela. Túto molekulu objavil v roku 1929 vedec Karl Lohmann. A jeho význam potvrdil v roku 1941 Fritz Lipmann.

Štruktúra a vzorec ATP

Ak hovoríme o ATP podrobnejšie, potom ide o molekulu, ktorá dodáva energiu všetkým procesom v tele, vrátane energie pre pohyb. Keď sa molekula ATP rozpadne, svalové vlákno sa stiahne, v dôsledku čoho sa uvoľní energia, ktorá umožní kontrakciu. Adenozíntrifosfát sa syntetizuje z inozínu - v živom organizme.

Aby bolo možné telu dodať energiu adenozín trifosfátu, je potrebné prejsť niekoľkými fázami. Najskôr sa jeden z fosfátov oddelí - pomocou špeciálneho koenzýmu. Každý fosfát poskytuje desať kalórií. Pri tomto procese sa generuje energia a získava sa ADP (adenozíndifosfát).

Ak telo potrebuje viac energie na to, aby mohlo konať, potom sa separuje ďalší fosfát. Potom sa vytvorí AMP (adenozínmonofosfát). Hlavným zdrojom výroby adenozíntrifosfátu je glukóza, v bunke sa rozkladá na pyruvát a cytosol. Adenozíntrifosfát dodáva energiu dlhým vláknam, ktoré obsahujú proteín nazývaný myozín. Je to on, kto formuje svalové bunky.

V okamihoch, keď telo odpočíva, reťazec ide opačným smerom, to znamená, že sa vytvorí kyselina adenozín trifosforečná. Na tento účel sa opäť používa glukóza. Vytvorené molekuly adenozíntrifosfátu budú čo najskôr znova použité. Ak energia nie je potrebná, ukladá sa v tele a uvoľňuje sa ihneď, ako je to potrebné.

Molekula ATP sa skladá z niekoľkých, alebo lepšie povedané, troch zložiek:

1. Ribóza je päťuhlíkový cukor, ktorý je základom DNA.
2. Adenín je kombinovaný atóm dusíka a uhlíka.
3. Trifosfát.

V samom strede molekuly adenozíntrifosfátu je molekula ribózy a jej okraj je hlavný pre adenozín. Na druhej strane ribózy je reťazec troch fosfátov.

ATP systémy

Malo by sa chápať, že rezervy ATP budú dostatočné iba na prvé dve alebo tri sekundy fyzickej aktivity, po ktorých sa jej hladina zníži. Ale zároveň je možné svalovú prácu vykonávať iba pomocou ATP. Vďaka špeciálnym systémom v tele sa neustále syntetizujú nové molekuly ATP. K začleneniu nových molekúl dochádza v závislosti od trvania zaťaženia.

Molekuly ATP sú syntetizované tromi hlavnými biochemickými systémami:

1. Fosfagénny systém (kreatínfosfát).
2. Systém glykogénu a kyseliny mliečnej.
3. Aeróbne dýchanie.

Zvážme každý z nich osobitne.

Fosfagénový systém - ak svaly nepracujú dlho, ale mimoriadne intenzívne (asi 10 sekúnd), použije sa fosfagénny systém. V takom prípade sa ADP viaže na kreatínfosfát. Vďaka tomuto systému vo svalových bunkách neustále cirkuluje malé množstvo adenozíntrifosfátu. Pretože v samotných svalových bunkách je tiež kreatínfosfát, používa sa na obnovenie hladín ATP po krátkej práci s vysokou intenzitou. Ale asi po desiatich sekundách začne hladina kreatínfosfátu klesať - táto energia je dostatočná na krátkodobý beh alebo intenzívne silové zaťaženie v kulturistike.

Glykogén a kyselina mliečna - dodáva telu energiu pomalšie ako predchádzajúce. Syntetizuje ATP, čo môže stačiť na minútu a pol intenzívnej práce. V tomto procese sa glukóza vo svalových bunkách vďaka anaeróbnemu metabolizmu mení na kyselinu mliečnu.

Pretože kyslík telo nepoužíva v anaeróbnom stave, poskytuje tento systém energiu rovnakým spôsobom ako v aeróbnom systéme, ale šetrí sa čas. V anaeróbnom režime sa svaly stiahnu mimoriadne silno a rýchlo. Takýto systém by vám mohol umožniť zabehnúť 400 metrový šprint alebo dlhšie intenzívne cvičenie v posilňovni. Ale po dlhú dobu bolestivosť svalov, ktorá sa objaví v dôsledku nadbytku kyseliny mliečnej, neumožňuje pracovať týmto spôsobom.

Aeróbne dýchanie - tento systém sa zapne, ak tréning trvá dlhšie ako dve minúty. Potom svaly začnú dostávať adenozíntrifosfát zo sacharidov, tukov a bielkovín. V tomto prípade sa ATP syntetizuje pomaly, ale energia je dostatočná na dlhú dobu - fyzická aktivita môže trvať niekoľko hodín. Je to spôsobené tým, že glukóza sa rozkladá bez prekážok, nemá žiadne protiopatrenia, ktoré zabraňujú zvonku - ako to robí kyselina mliečna v anaeróbnom procese.

Úloha ATP v tele

Z predchádzajúceho popisu je zrejmé, že hlavnou úlohou adenozíntrifosfátu v tele je dodávanie energie pre všetky početné biochemické procesy a reakcie v tele. Väčšina energeticky náročných procesov v živých organizmoch sa deje vďaka ATP.

Ale okrem tejto hlavnej funkcie plní adenozíntrifosfát aj ďalšie:

Úloha ATP v ľudskom tele a živote je dobre známy nielen vedcom, ale aj mnohým športovcom a kulturistom, pretože jeho pochopenie pomáha zefektívniť tréning a správne vypočítať záťaž. Pre ľudí, ktorí sa venujú silovému tréningu v posilňovni, šprintérskym závodom a iným športom, je veľmi dôležité pochopiť, aké cviky sa musia vykonávať v rovnakom čase. Vďaka tomu môžete formovať požadovanú štruktúru tela, vypracovať svalovú štruktúru, znížiť nadváhu a dosiahnuť ďalšie požadované výsledky.

Pokračovanie Pozri č. 11, 12, 13, 14, 15, 16/2005

Hodiny biológie v prírodovedných učebniach

Pokročilé plánovanie, 10. ročník

Lekcia 19. Chemická štruktúra a biologická úloha ATP

Vybavenie: tabuľky všeobecnej biológie, diagram štruktúry molekuly ATP, diagram vzťahu medzi plastickým a energetickým metabolizmom.

I. Testovanie vedomostí

Vedenie biologického diktátu „Organické zlúčeniny živej hmoty“

Učiteľ prečíta práce pod číslami, študenti si do zošita zapíšu čísla tých prác, ktoré zodpovedajú obsahu ich verzie.

Možnosť 1 - bielkoviny.
Možnosť 2 - sacharidy.
Možnosť 3 - lipidy.
Možnosť 4 - nukleové kyseliny.

1. V čistej forme pozostávajú iba z atómov C, H, O.

2. Okrem atómov C, H, O obsahujú N a zvyčajne S.

3. Okrem atómov C, H, O obsahujú N a P.

4. Majú relatívne nízku molekulovú hmotnosť.

5. Molekulová hmotnosť môže byť od tisíce do niekoľko desiatok a stotisíc daltonov.

6. Najväčšie organické zlúčeniny s molekulovou hmotnosťou až niekoľko desiatok a stoviek miliónov daltonov.

7. Má rôzne molekulové hmotnosti - od veľmi nízkych po veľmi vysoké, v závislosti od toho, či je látkou monomér alebo polymér.

8. Skladá sa z monosacharidov.

9. Skladá sa z aminokyselín.

10. Skladá sa z nukleotidov.

11. Sú estery vyšších mastných kyselín.

12. Hlavná štruktúrna jednotka: „dusíkatá zásada - pentóza - zvyšok kyseliny fosforečnej“.

13. Hlavná štruktúrna jednotka: „aminokyseliny“.

14. Hlavná štruktúrna jednotka: „monosacharid“.

15. Hlavná štruktúrna jednotka: „glycerín-mastná kyselina“.

16. Polymérne molekuly sú zostavené z rovnakých monomérov.

17. Polymérne molekuly sú zostavené z podobných, ale nie úplne identických, monomérov.

18. Nie polyméry.

19. Vykonávajú takmer výhradne energetické, stavebné a skladovacie funkcie, v niektorých prípadoch - ochranné.

20. Popri energii a konštrukcii plnia katalytické, signalizačné, dopravné, pohonné a ochranné funkcie;

21. Vykonajte ukladanie a prenos dedičných vlastností bunky a organizmu.

možnosť 1 – 2; 5; 9; 13; 17; 20.
Možnosť 2 – 1; 7; 8; 14; 16; 19.
Možnosť 3 – 1; 4; 11; 15; 18; 19.
Možnosť 4– 3; 6; 10; 12; 17; 21.

II. Učenie sa nového materiálu

1. Štruktúra kyseliny adenozín trifosforečnej

Okrem bielkovín, nukleových kyselín, tukov a sacharidov sa v živej hmote syntetizuje aj veľké množstvo ďalších organických zlúčenín. Medzi nimi hrá dôležitú úlohu v bioenergetike bunky kyselina adenozíntrifosforečná (ATP). ATP sa nachádza vo všetkých bunkách rastlín a živočíchov. V bunkách je kyselina adenozín trifosforečná najčastejšie prítomná vo forme solí tzv adenozíntrifosfáty... Množstvo ATP kolíše a dosahuje priemerne 0,04% (v bunke je priemerne asi 1 miliarda molekúl ATP). Najväčšie množstvo ATP sa nachádza v kostrových svaloch (0,2–0,5%).

Molekula ATP sa skladá z dusíkatej bázy - adenínu, pentózy - ribózy a troch zvyškov kyseliny fosforečnej, t.j. ATP je špeciálny adenylový nukleotid. Na rozdiel od iných nukleotidov ATP obsahuje nie jeden, ale tri zvyšky kyseliny fosforečnej. ATP patrí k vysokoenergetickým látkam - látkam, ktoré obsahujú vo svojich väzbách veľké množstvo energie.

Priestorový model (A) a štruktúrny vzorec (B) molekuly ATP

Zvyšok kyseliny fosforečnej sa štiepi z kompozície ATP pôsobením enzýmov ATPázy. ATP má silnú tendenciu oddeľovať svoju koncovú fosfátovú skupinu:

ATP 4– + H 2 O ––\u003e ADP 3– + 30,5 kJ + Fn,

odkedy to vedie k zmiznutiu energeticky nepriaznivého elektrostatického odpudzovania medzi susednými zápornými nábojmi. Výsledný fosfát sa stabilizuje tvorbou energeticky priaznivých vodíkových väzieb s vodou. Distribúcia poplatkov v systéme ADP + Fn sa stáva stabilnejšou ako v prípade ATP. V dôsledku tejto reakcie sa uvoľní 30,5 kJ (pri porušení normálnej kovalentnej väzby sa uvoľní 12 kJ).

Na zdôraznenie vysokých energetických „nákladov“ väzby fosfor na kyslík v ATP je zvykom ich označovať znakom ~ a nazývať ich makroenergetickou väzbou. Keď sa odštiepi jedna molekula kyseliny fosforečnej, ATP sa prevedie na ADP (kyselina adenozíndifosforečná) a ak sa dve molekuly kyseliny fosforečnej odštiepia, potom sa ATP premení na AMP (kyselina adenozínmonofosforečná). Štiepenie tretieho fosfátu je sprevádzané uvoľnením iba 13,8 kJ, takže v molekule ATP existujú iba dve vysokoenergetické väzby.

2. Tvorba ATP v bunke

Zásoba ATP v bunke je malá. Napríklad vo svale sú rezervy ATP dostatočné na 20 - 30 kontrakcií. Ale sval môže pracovať celé hodiny a urobiť tisíce kontrakcií. Preto spolu s rozpadom ATP na ADP v bunke musí neustále prebiehať reverzná syntéza. Existuje niekoľko spôsobov syntézy ATP v bunkách. Poďme ich spoznať.

1. Anaeróbna fosforylácia. Fosforylácia sa týka syntézy ATP z ADP a fosfátu s nízkou molekulovou hmotnosťou (Fn). V tomto prípade hovoríme o anoxických procesoch oxidácie organických látok (napríklad glykolýza - proces anoxickej oxidácie glukózy na kyselinu pyrohroznovú). Asi 40% energie uvoľnenej počas týchto procesov (asi 200 kJ / mol glukózy) sa spotrebuje na syntézu ATP a zvyšok sa rozptýli vo forme tepla:

C 6 H 12 O 6 + 2 ADP + 2Fn ––\u003e 2C 3 H 4 O 3 + 2 ATP + 4H.

2. Oxidačná fosforylácia Je proces syntézy ATP spôsobený energiou oxidácie organických látok kyslíkom. Tento proces bol objavený začiatkom 30. rokov 20. storočia. XX storočia V.A. Engelhardt. V mitochondriách sa vyskytujú kyslíkové procesy oxidácie organických látok. Približne 55% energie uvoľnenej počas toho (asi 2 600 kJ / mol glukózy) sa premení na energiu chemických väzieb ATP a 45% sa rozptýli vo forme tepla.

Oxidačná fosforylácia je oveľa efektívnejšia ako anaeróbne syntézy: ak sa počas glykolýzy počas rozpadu molekuly glukózy syntetizujú iba 2 molekuly ATP, potom sa počas oxidačnej fosforylácie vytvorí 36 molekúl ATP.

3. Fotofosforylácia - proces syntézy ATP v dôsledku energie slnečného žiarenia. Táto cesta syntézy ATP je charakteristická iba pre bunky schopné fotosyntézy (zelené rastliny, sinice). Energiu kvanty slnečného žiarenia využíva fotosyntetika počas svetelnej fázy fotosyntézy na syntézu ATP.

3. Biologický význam ATP

ATP je v centre metabolických procesov v bunke a je spojnicou medzi reakciami biologickej syntézy a rozpadom. Úloha ATP v bunke sa dá porovnať s úlohou batérie, pretože pri hydrolýze ATP sa uvoľňuje energia, ktorá je nevyhnutná pre rôzne životne dôležité procesy („vybíjanie“) a pre proces fosforylácie („nabíjanie“). "), ATP opäť akumuluje energiu.

Vďaka energii uvoľnenej pri hydrolýze ATP dochádza v bunke a tele k takmer všetkým životne dôležitým procesom: prenos nervových impulzov, biosyntéza látok, svalové kontrakcie, transport látok atď.

III. Upevňovanie vedomostí

Riešenie biologických problémov

Problém 1. Pri rýchlom behu často dýchame a dochádza k poteniu. Vysvetlite tieto javy.

Problém 2. Prečo v chlade mrznúci ľudia začínajú dupať a skákať?

Úloha 3. V známej práci I. Ilfa a E. Petrova „Dvanásť stoličiek“ nájdete medzi mnohými užitočnými radami toto: „Zhlboka dýchajte, ste nadšení.“ Pokúste sa odôvodniť túto radu z hľadiska energetických procesov prebiehajúcich v tele.

IV. Domáca úloha

Začnite s prípravou na test a vykonajte testovacie práce (diktujte testové otázky - pozri lekciu 21).

Lekcia 20. Zovšeobecnenie poznatkov v časti „Chemická organizácia života“

Vybavenie: tabuľky všeobecnej biológie.

I. Zovšeobecnenie znalostí sekcie

Práca študentov s otázkami (individuálne), po ktorých nasleduje overenie a diskusia

1. Uveďte príklady organických zlúčenín, ktoré zahŕňajú uhlík, síru, fosfor, dusík, železo, mangán.

2. Ako možno rozlíšiť živú bunku od mŕtvej podľa jej iónového zloženia?

3. Aké látky sú v bunke v nerozpustenej forme? Do ktorých orgánov a tkanív vstupujú?

4. Uveďte príklady makroživín obsiahnutých v aktívnych centrách enzýmov.

5. Aké hormóny obsahujú stopové prvky?

6. Aká je úloha halogénov v ľudskom tele?

7. V čom sa proteíny líšia od umelých polymérov?

8. Aký je rozdiel medzi peptidmi a bielkovinami?

9. Ako sa volá proteín, ktorý je súčasťou hemoglobínu? Z koľkých podjednotiek sa skladá?

10. Čo je ribonukleáza? Koľko aminokyselín obsahuje? Kedy to bolo syntetizované umelo?

11. Prečo je rýchlosť chemických reakcií bez enzýmov nízka?

12. Aké látky sú transportované bielkovinami cez bunkovú membránu?

13. Aký je rozdiel medzi protilátkami a antigénmi? Obsahujú vakcíny protilátky?

14. Na aké látky sa bielkoviny v tele rozkladajú? Koľko energie sa v tomto prípade uvoľní? Kde a ako sa neutralizuje amoniak?

15. Uveďte príklad peptidových hormónov: ako sa podieľajú na regulácii bunkového metabolizmu?

16. Aká je štruktúra cukru, s ktorým pijeme čaj? Aké ďalšie tri synonymá pre túto látku poznáte?

17. Prečo sa tuk v mlieku nezhromažďuje na povrchu, ale je vo forme suspenzie?

18. Aká je hmotnosť DNA v jadre somatických a zárodočných buniek?

19. Koľko ATP človek denne užíva?

20. Z akých bielkovín si ľudia vyrábajú oblečenie?

Primárna štruktúra pankreatickej ribonukleázy (124 aminokyselín)

II. Domáca úloha.

Pokračujte v príprave na skúšku a na skúšobné práce v časti „Chemická organizácia života“.

Lekcia 21. Testovacia lekcia z „Chemickej organizácie života“

I. Vykonávanie ústneho vyrovnania problémov

1. Elementárne zloženie bunky.

2. Charakteristika organogénnych prvkov.

3. Štruktúra molekuly vody. Vodíková väzba a jej význam v „chémii“ života.

4. Vlastnosti a biologické funkcie vody.

5. Hydrofilné a hydrofóbne látky.

6. Katióny a ich biologický význam.

7. Anióny a ich biologický význam.

8. Polyméry. Biologické polyméry. Rozdiely medzi vsádzkovými a nedávkovými polymérmi.

9. Vlastnosti lipidov, ich biologické funkcie.

10. Skupiny sacharidov vylučované štruktúrnymi vlastnosťami.

11. Biologické funkcie sacharidov.

12. Elementárne zloženie bielkovín. Aminokyseliny. Tvorba peptidov.

13. Primárne, sekundárne, terciárne a kvartérne štruktúry proteínov.

14. Biologická funkcia bielkovín.

15. Rozdiely medzi enzýmami a nebiologickými katalyzátormi.

16. Štruktúra enzýmov. Koenzýmy.

17. Mechanizmus účinku enzýmov.

18. Nukleové kyseliny. Nukleotidy a ich štruktúra. Tvorba polynukleotidov.

19. Pravidlá E. Chargaffa. Zásada komplementarity.

20. Tvorba dvojvláknovej molekuly DNA a jej spiralizácia.

21. Triedy bunkovej RNA a ich funkcie.

22. Rozdiely medzi DNA a RNA.

23. Replikácia DNA. Prepis.

24. Štruktúra a biologická úloha ATP.

25. Tvorba ATP v bunke.

II. Domáca úloha

Pokračujte v príprave na test v časti „Chemická organizácia života“.

Lekcia 22. Kontrolná lekcia v časti „Chemická organizácia života“

I. Vykonanie písomného testu

možnosť 1

1. Existujú tri typy aminokyselín - A, B, C. Koľko variantov polypeptidových reťazcov pozostávajúcich z piatich aminokyselín môžete vytvoriť. Uveďte tieto možnosti. Budú mať tieto polypeptidy rovnaké vlastnosti? Prečo?

2. Všetko živé sa skladá hlavne zo zlúčenín uhlíka a analóg uhlíka - kremíka, ktorého obsah v zemskej kôre je 300-krát viac ako uhlíka, sa nachádza iba vo veľmi malom počte organizmov. Vysvetlite túto skutočnosť z hľadiska štruktúry a vlastností atómov týchto prvkov.

3. Molekuly ATP označené naposledy rádioaktívnym 32P, sa do jednej bunky zaviedli tretie zvyšky kyseliny fosforečnej a do druhej sa zaviedli molekuly ATP označené 32P z prvého zvyšku najbližšie k ribóze. Po 5 minútach sa v oboch bunkách zmeral obsah anorganického fosfátového iónu značeného pomocou 32P. Kde bude podstatne vyššia?

4. Štúdie preukázali, že 34% z celkového počtu nukleotidov tejto mRNA predstavuje guanín, 18% - uracil, 28% - cytozín a 20% - adenín. Určte percento dusíkatých báz dvojvláknovej DNA, ktorých obsadenie je označená mRNA.

Možnosť 2

1. Tuky tvoria „prvú rezervu“ v energetickom metabolizme a používajú sa pri vyčerpaní sacharidovej rezervy. Avšak v kostrovom svalstve v prítomnosti glukózy a mastných kyselín sa tieto používajú vo väčšej miere. Bielkoviny sa vždy používajú ako zdroj energie iba ako posledná možnosť, keď telo hladuje. Vysvetlite tieto skutočnosti.

2. Ióny ťažkých kovov (ortuť, olovo atď.) A arzénu sa ľahko viažu pomocou sulfidových skupín bielkovín. Ak poznáte vlastnosti sulfidov týchto kovov, vysvetlite, čo sa stane s proteínom v kombinácii s týmito kovmi. Prečo sú ťažké kovy jedmi pre telo?

3. Pri reakcii oxidácie látky A na látku B sa uvoľní 60 kJ energie. Koľko molekúl ATP je možné pri tejto reakcii maximálne syntetizovať? Ako sa spotrebuje zvyšok energie?

4. Štúdie preukázali, že guanín predstavuje 27% z celkového počtu nukleotidov tejto mRNA, 15% pre uracil, 18% pre cytozín a 40% pre adenín. Určte percento dusíkatých báz dvojvláknovej DNA, ktorých obsadenie je označená mRNA.

Pokračovanie nabudúce